Compoziția nucleului interior al pământului. În ce constă planeta noastră: structura Pământului într-o secțiune

Planeta noastră Pământ are o structură stratificată și este formată din trei părți principale: scoarța terestră, mantaua și miezul. Care este centrul pământului? Miez. Adâncimea miezului este de 2900 km, iar diametrul este de aproximativ 3,5 mii km. În interior - o presiune monstruoasă de 3 milioane de atmosfere și o temperatură incredibil de ridicată - 5000 ° C. Pentru a afla ce se află în centrul Pământului, oamenii de știință au avut nevoie de câteva secole. Nici măcar tehnologia modernă nu putea pătrunde mai mult de douăsprezece mii de kilometri. Cea mai adâncă foră, situată în Peninsula Kola, are o adâncime de 12.262 de metri. Departe de centrul pământului.

Istoria descoperirii miezului pământului

Unul dintre primii care au ghicit despre prezența unui nucleu în centrul planetei a fost fizicianul și chimistul englez Henry Cavendish la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Cu ajutorul experimentelor fizice, a calculat masa Pământului și, pe baza dimensiunii sale, a determinat densitatea medie a substanței planetei noastre - 5,5 g / cm3. Densitatea rocilor și mineralelor cunoscute din scoarța terestră s-a dovedit a fi de aproximativ două ori mai mică. De aici a rezultat o presupunere logică că în centrul Pământului există o zonă de materie mai densă - nucleul.

În 1897, seismologul german E. Wiechert, studiind trecerea undelor seismologice prin părțile interioare ale Pământului, a putut confirma ipoteza prezenței unui nucleu. Și în 1910, geofizicianul american B. Gutenberg a determinat adâncimea locației sale. Ulterior, s-au născut și ipoteze despre procesul de formare a nucleului. Se presupune că s-a format ca urmare a așezării elementelor mai grele în centru, iar inițial substanța planetei a fost omogenă (gazoasă).

Din ce este format miezul?

Este destul de dificil să studiezi o substanță a cărei probă nu poate fi obținută pentru a-i studia parametrii fizici și chimici. Oamenii de știință trebuie doar să asume prezența anumitor proprietăți, precum și structura și compoziția nucleului prin semne indirecte. Deosebit de util în studiul structurii interne a Pământului a fost studiul propagării undelor seismice. Seismografele, situate în multe puncte de pe suprafața planetei, înregistrează viteza și tipurile de unde seismice trecătoare care decurg din tremurături ale scoarței terestre. Toate aceste date fac posibilă aprecierea structurii interne a Pământului, inclusiv a nucleului.

Până în prezent, oamenii de știință sugerează că partea centrală a planetei este eterogenă. Ce este în centrul pământului? Partea adiacentă mantalei este un miez lichid, constând din materie topită. Aparent, conține un amestec de fier și nichel. Această idee i-a condus pe oamenii de știință la studiul meteoriților de fier, care sunt bucăți de nuclee de asteroizi. Pe de altă parte, aliajele fier-nichel obținute au o densitate mai mare decât densitatea așteptată a miezului. Prin urmare, mulți oameni de știință tind să presupună că în centrul Pământului, nucleul, există și mai lumini elemente chimice.

Geofizicienii explică și existența unui câmp magnetic prin prezența unui nucleu lichid și prin rotația planetei în jurul propriei axe. Se știe că un câmp electromagnetic în jurul unui conductor apare atunci când curge curent. Stratul topit adiacent mantalei servește ca un astfel de conductor gigant de transport de curent.

Partea interioară a nucleului, în ciuda temperaturii de câteva mii de grade, este un solid. Acest lucru se datorează faptului că presiunea din centrul planetei este atât de mare încât metalele fierbinți devin solide. Unii oameni de știință sugerează că miezul solid este format din hidrogen, care, sub influența unei presiuni incredibile și a unei temperaturi enorme, devine ca un metal. Astfel, care este centrul Pământului, nici măcar geofizicienii nu sunt încă cunoscuți cu siguranță. Dar dacă luăm în considerare problema din punct de vedere matematic, putem spune că centrul Pământului este situat la aproximativ 6378 km. de la suprafața planetei.

După ce ai scăpat cheile în fluxul de lavă topită, spune-le la revedere, pentru că, ei, băiete, sunt totul.
- Jack Handy

Privind planeta noastră natală, puteți vedea că 70% din suprafața sa este acoperită cu apă.

Știm cu toții de ce este așa: pentru că oceanele Pământului se ridică deasupra stâncilor și noroiului care formează pământul. Conceptul de flotabilitate, în care obiectele mai puțin dense plutesc deasupra obiectelor mai dense care se scufundă dedesubt, explică mult mai mult decât oceanele.

Același principiu care explică de ce gheața plutește în apă, un balon cu heliu se ridică în atmosferă și rocile se scufundă într-un lac, explică de ce straturile planetei Pământ sunt aranjate așa cum sunt.

Cea mai puțin densă parte a Pământului, atmosfera, plutește deasupra apei oceane care plutesc deasupra scoarței Pământului, care se află deasupra mantalei mai dense care nu se scufundă în partea cea mai densă a Pământului: nucleul.

În mod ideal, cea mai stabilă stare a Pământului ar fi cea care ar fi în mod ideal stratificată, ca o ceapă, cu cele mai dense elemente în centru și, pe măsură ce te deplasezi spre exterior, fiecare strat succesiv ar fi format din elemente mai puțin dense. Și fiecare cutremur mută de fapt planeta către acea stare.

Și aceasta explică nu numai structura Pământului, ci și a tuturor planetelor, dacă vă amintiți de unde provin aceste elemente.

Când universul era tânăr – vechi de doar câteva minute – existau doar hidrogen și heliu. Din ce în ce mai multe elemente grele au fost create în stele și numai atunci când aceste stele au murit, elementele grele au ieșit în Univers, permițând să se formeze noi generații de stele.

Dar de această dată, amestecul tuturor acestor elemente - nu numai hidrogen și heliu, ci și carbon, azot, oxigen, siliciu, magneziu, sulf, fier și altele - formează nu doar o stea, ci și un disc protoplanetar în jurul acestei stele.

Presiunea din interior spre exterior în stea care se formează împinge elementele mai ușoare în afară, iar gravitația face ca neregulile din disc să se prăbușească și să formeze planete.

Când sistem solar cele patru lumi interioare sunt cele mai dense dintre toate planetele din sistem. Mercurul este alcătuit din cele mai dense elemente care nu puteau reține cantități mari de hidrogen și heliu.

Alte planete, mai masive și mai îndepărtate de Soare (și, prin urmare, primesc mai puțină radiație), au fost capabile să dețină mai multe dintre aceste elemente ultra-ușoare - așa s-au format giganții gazosi.

În toate lumi, ca și pe Pământ, în medie, cele mai dense elemente sunt concentrate în miez, în timp ce plămânii formează în jurul acestuia straturi din ce în ce mai puțin dense.

Nu este surprinzător că fierul, cel mai stabil element și cel mai greu element creat în cantități mari la marginea supernovei, este cel mai abundent element. miezul pământului. Dar poate surprinzător, între nucleul solid și mantaua solidă se află un strat lichid de peste 2.000 km grosime: nucleul exterior al Pământului.

Pământul are un strat gros de lichid care conține 30% din masa planetei! Și am aflat despre existența lui printr-o metodă destul de ingenioasă - datorită undelor seismice provenite de la cutremure!

Undele seismice de două tipuri se nasc în cutremur: principalul compresiv, cunoscut sub numele de undă P, care trece de-a lungul traseului longitudinal

Și a doua undă de forfecare, cunoscută sub denumirea de undă S, similară cu valurile de la suprafața mării.

Stațiile seismice din întreaga lume sunt capabile să capteze undele P și S, dar undele S nu călătoresc prin lichid, iar undele P nu doar călătoresc prin lichid, ci sunt refractate!

Ca urmare, se poate înțelege că Pământul are un nucleu exterior lichid, în afara căruia există o manta solidă, iar în interior - un nucleu interior solid! Acesta este motivul pentru care nucleul Pământului conține cele mai grele și mai dense elemente și așa știm că nucleul exterior este un strat lichid.

Dar de ce este lichidul miezului exterior? Ca toate elementele, starea fierului, fie că este solidă, lichidă, gazoasă sau de altă natură, depinde de presiunea și temperatura fierului.

Fierul este un element mai complex decât multele cu care sunteți familiarizați. Desigur, poate avea diferite solide cristaline, așa cum se arată în grafic, dar nu ne interesează presiunile obișnuite. Coborâm spre miezul pământului, unde presiunile sunt de un milion de ori mai mari decât la nivelul mării. Și cum arată diagrama de fază pentru presiuni atât de mari?

Frumusețea științei este că, chiar dacă nu ai imediat un răspuns la o întrebare, sunt șanse ca cineva să fi făcut deja cercetarea potrivită în care să găsească răspunsul! În acest caz, Ahrens, Collins și Chen în 2001 au găsit răspunsul la întrebarea noastră.

Și deși diagrama arată presiuni gigantice de până la 120 GPa, este important de reținut că presiunea atmosferei este de doar 0,0001 GPa, în timp ce în miezul interior presiunile ajung la 330-360 GPa. Linia continuă de sus arată limita dintre fierul de topire (sus) și fierul solid (de jos). Ai observat cum linia continuă de la capăt face o întoarcere bruscă în sus?

Pentru ca fierul să se topească la o presiune de 330 GPa este nevoie de o temperatură enormă, comparabilă cu cea care predomină la suprafața Soarelui. Aceleași temperaturi la presiuni mai mici vor menține cu ușurință fierul în stare lichidă, iar la presiuni mai mari în stare solidă. Ce înseamnă asta în ceea ce privește nucleul Pământului?

Aceasta înseamnă că, pe măsură ce Pământul se răcește, temperatura sa internă scade, în timp ce presiunea rămâne neschimbată. Adică, în timpul formării Pământului, cel mai probabil, întregul nucleu a fost lichid și, pe măsură ce se răcește, nucleul interior crește! Și în acest proces, deoarece fierul solid are o densitate mai mare decât fierul lichid, Pământul se micșorează încet, ceea ce duce la cutremure!

Deci nucleul Pământului este lichid pentru că este suficient de fierbinte pentru a topi fierul, dar numai în regiunile în care presiunea este suficient de scăzută. Pe măsură ce Pământul îmbătrânește și se răcește, din ce în ce mai mult nucleu devine solid și astfel Pământul se micșorează puțin!

Dacă vrem să privim departe în viitor, ne putem aștepta la aceleași proprietăți care sunt observate în Mercur.

Mercurul, datorită dimensiunilor sale mici, s-a răcit deja și s-a contractat semnificativ și are fisuri lungi de sute de kilometri din cauza necesității de contracție din cauza răcirii.

Deci, de ce Pământul are un nucleu lichid? Pentru că încă nu s-a răcit. Și fiecare cutremur este o mică aproximare a Pământului până la starea finală, răcită și solidă. Dar nu-ți face griji, Soarele va exploda cu mult înainte de atunci și toți cei pe care îi cunoști vor fi morți pentru foarte mult timp.

Pământul, împreună cu alte corpuri ale sistemului solar, s-a format dintr-un nor rece de gaz și praf prin acumularea particulelor care l-au alcătuit. După apariția planetei, a început o etapă complet nouă a dezvoltării acesteia, care în știință este de obicei numită pregeologică.
Numele perioadei se datorează faptului că cele mai vechi dovezi ale proceselor trecute - roci magmatice sau vulcanice - nu sunt mai vechi de 4 miliarde de ani. Doar oamenii de știință de astăzi le pot studia.
Etapa pre-geologică a dezvoltării Pământului este încă plină de multe mistere. Acesta acoperă o perioadă de 0,9 miliarde de ani și se caracterizează printr-o manifestare largă a vulcanismului pe planetă cu eliberare de gaze și vapori de apă. În acest moment a început procesul de stratificare a Pământului în învelișurile principale - nucleul, mantaua, crusta și atmosfera. Se presupune că acest proces a fost provocat de un bombardament intens de meteoriți asupra planetei noastre și de topirea părților sale individuale.
Unul dintre evenimentele cheie din istoria Pământului a fost formarea nucleului său interior. Acest lucru s-a întâmplat probabil în stadiul pregeologic al dezvoltării planetei, când toată materia a fost împărțită în două geosfere principale - nucleul și mantaua.
Din păcate, o teorie de încredere despre formarea nucleului pământului, care ar fi confirmată de informații și dovezi științifice serioase, nu există încă. Cum s-a format nucleul Pământului? La această întrebare, oamenii de știință oferă două ipoteze principale.
Potrivit primei versiuni, substanța imediat după formarea Pământului era omogenă.
Era format în întregime din microparticule, care pot fi observate astăzi în meteoriți. Dar, după o anumită perioadă de timp, această masă inițial omogenă a fost împărțită într-un miez greu, în care tot fierul sticlă, și o manta mai ușoară de silicat. Cu alte cuvinte, picături de fier topit și grele compuși chimici s-a stabilit în centrul planetei noastre și a format acolo un nucleu, care rămâne în mare parte topit până astăzi. Pe măsură ce elementele grele aspirau spre centrul Pământului, zgura ușoară, dimpotrivă, plutea în sus - spre straturile exterioare ale planetei. Astăzi, aceste elemente ușoare alcătuiesc mantaua superioară și scoarța terestră.
De ce a apărut o astfel de diferențiere a materiei? Se crede că imediat după finalizarea procesului de formare, Pământul a început să se încălzească intens, în primul rând datorită energiei eliberate în procesul de acumulare gravitațională a particulelor, precum și datorită energiei dezintegrarii radioactive a elemente chimice individuale.
O încălzire suplimentară a planetei și formarea unui aliaj fier-nichel, care, datorită gravitației sale specifice semnificative, a coborât treptat în centrul Pământului, a fost facilitată de presupusul bombardament cu meteoriți.
Cu toate acestea, această ipoteză se confruntă cu unele dificultăți. De exemplu, nu este complet clar cum un aliaj fier-nichel, chiar și în stare lichidă, s-ar putea scufunda mai mult de o mie de kilometri și ar putea ajunge în regiunea nucleului planetei.
Conform celei de-a doua ipoteze, nucleul Pământului a fost format din meteoriți de fier care s-au ciocnit cu suprafața planetei, iar mai târziu a fost acoperit cu o înveliș de silicat de meteoriți de piatră și a format mantaua.

Există un defect grav în această ipoteză. În acest aranjament, spațiul cosmic meteoriții de fier și de piatră trebuie să existe separat. Studiile moderne arată că meteoriții de fier ar fi putut apărea doar în intestinele unei planete care s-a destrămat sub presiune semnificativă, adică după formarea sistemului nostru solar și a tuturor planetelor.
Prima versiune pare mai logică, deoarece prevede o graniță dinamică între miezul Pământului și manta. Aceasta înseamnă că procesul de separare a materiei dintre ele ar putea continua pe planetă foarte mult timp, exercitând astfel o mare influență asupra evoluției ulterioare a Pământului.
Astfel, dacă luăm ca bază prima ipoteză a formării nucleului planetei, atunci procesul de diferențiere a materiei s-a întins timp de aproximativ 1,6 miliarde de ani. Datorită diferențierii gravitaționale și a descompunerii radioactive, a fost asigurată separarea materiei.
Elementele grele s-au scufundat doar la o adâncime sub care substanța era atât de vâscoasă încât fierul nu se mai putea scufunda. Ca rezultat al acestui proces, s-a format un strat inelar foarte dens și greu de fier topit și oxidul acestuia. Era situat deasupra substanței mai ușoare a nucleului primordial al planetei noastre. Mai mult, o substanță de silicat ușor a fost stoarsă din centrul Pământului. Mai mult, a fost forțat să iasă la ecuator, ceea ce, probabil, a marcat începutul asimetriei planetei.
Se presupune că în timpul formării nucleului de fier al Pământului a avut loc o scădere semnificativă a volumului planetei, în urma căreia suprafața sa a scăzut până acum. Elementele ușoare și compușii lor care „au ieșit” la suprafață au format o crustă primară subțire, care, la fel ca toate planetele, a constat din grup terestru, din bazalți vulcanici acoperiți de sus de un strat de sedimente.
Cu toate acestea, nu este posibil să găsim dovezi geologice vii ale proceselor trecute asociate cu formarea miezului și a mantalei pământului. După cum sa menționat deja, cele mai vechi roci de pe planeta Pământ au aproximativ 4 miliarde de ani. Cel mai probabil, la începutul evoluției planetei, sub influența temperaturilor și presiunilor ridicate, bazalții primari s-au metamorfozat, s-au topit și s-au transformat în roci de granit-gneis cunoscute nouă.
Care este nucleul planetei noastre, care s-a format, probabil, în primele etape ale dezvoltării Pământului? Este format din cochilii exterioare și interioare. Conform ipotezelor științifice, la o adâncime de 2900-5100 km există un nucleu exterior, care, prin proprietăți fizice se apropie de lichid.
Miezul exterior este un curent de fier topit și nichel, un bun conductor de electricitate. Cu acest nucleu oamenii de știință asociază originea câmpului magnetic al pământului. Distanța de 1270 km rămasă până la centrul Pământului este ocupată de miezul interior, care este 80% fier și 20% dioxid de siliciu.
Miezul interior este dur și la temperatură ridicată. Dacă exteriorul este conectat direct cu mantaua, atunci nucleul interior al Pământului există de la sine. Duritatea sa, în ciuda temperaturilor ridicate, este asigurată de presiunea gigantică din centrul planetei, care poate ajunge la 3 milioane de atmosfere.
Ca urmare, multe elemente chimice trec într-o stare metalică. Prin urmare, s-a sugerat chiar că nucleul interior al Pământului este format din hidrogen metalic.
Miezul interior dens are un impact grav asupra vieții planetei noastre. Câmpul gravitațional planetar este concentrat în el, ceea ce împiedică împrăștierea învelișurilor de gaze ușoare, hidrosfera și straturile geosferice ale Pământului.
Probabil, un astfel de câmp a fost caracteristic nucleului încă de la formarea planetei, oricare ar fi fost atunci în ceea ce privește compoziția și structura sa chimică. A contribuit la contracția particulelor formate către centru.
Cu toate acestea, originea nucleului și studiul structurii interne a Pământului este cea mai urgentă problemă pentru oamenii de știință care sunt strâns implicați în studiul istoriei geologice a planetei noastre. Soluția finală a acestei probleme este încă foarte departe. Pentru a evita diversele contradicții, stiinta moderna se acceptă ipoteza că procesul de formare a nucleului a început să se producă concomitent cu formarea Pământului.

Au existat nenumărate idei despre structura nucleului Pământului. Dmitri Ivanovici Sokolov, geolog și academician rus, a spus că substanțele din interiorul Pământului sunt distribuite ca zgura și metalul într-un cuptor de topire.

Această comparație figurativă a fost confirmată de mai multe ori. Oamenii de știință au studiat cu atenție meteoriții de fier care au venit din spațiu, considerându-i fragmente din miezul unei planete dezintegrate. Aceasta înseamnă că miezul Pământului ar trebui să fie format din fier greu, care este în stare topit.

În 1922, geochimistul norvegian Viktor Moritz Goldschmidt a propus ideea unei stratificări generale a materiei Pământului chiar și într-un moment în care întreaga planetă era în stare lichidă. El a dedus acest lucru prin analogie cu procesul metalurgic studiat în oțelării. „În stadiul de topire lichidă”, a spus el, „substanța Pământului a fost împărțită în trei lichide nemiscibile - silicat, sulfură și metal. Odată cu răcirea ulterioară, aceste lichide au format principalele învelișuri ale Pământului - scoarța, mantaua și miezul de fier!

Cu toate acestea, mai aproape de vremea noastră, ideea unei origini „fierbinte” a planetei noastre era din ce în ce mai inferioară unei creații „rece”. Și în 1939, Lodochnikov a propus o imagine diferită a formării interiorului Pământului. Până atunci, ideea tranzițiilor de fază ale materiei era deja cunoscută. Lodochnikov a sugerat că schimbările de fază ale materiei cresc odată cu creșterea adâncimii, drept urmare materia este împărțită în cochilii. În acest caz, miezul nu trebuie să fie deloc fier. Poate consta din roci de silicat supraconsolidate în stare „metalic”. Această idee a fost preluată și dezvoltată în 1948 de omul de știință finlandez V. Ramsey. S-a dovedit că, deși nucleul Pământului are o stare fizică diferită de mantaua, nu există motive pentru a considera că este compus din fier. La urma urmei, olivina supracompactata ar putea fi la fel de grea ca metalul...

Astfel, au apărut două ipoteze care se exclud reciproc despre compoziția nucleului. Unu - dezvoltat pe baza ideilor lui E. Wiechert despre un aliaj fier-nichel cu mici adaosuri de elemente ușoare ca material pentru miezul Pământului. Iar al doilea – propus de V.N. Lodochnikov și dezvoltat de V. Ramsey, care spune că compoziția miezului nu diferă de compoziția mantalei, dar substanța din acesta este într-o stare metalizată deosebit de densă.

Pentru a decide în ce direcție ar trebui să se încline cântarul, oamenii de știință din multe țări au pus la punct experimente în laboratoare și au numărat, numărat, comparând rezultatele calculelor lor cu cele arătate de studiile seismice și experimentele de laborator.

În anii șaizeci, experții au ajuns în sfârșit la concluzia: ipoteza metalizării silicaților, la presiuni și temperaturi predominante în miez, nu este confirmată! Mai mult decât atât, studiile efectuate au demonstrat în mod convingător că cel puțin optzeci la sută din rezerva totală de fier ar trebui să fie conținută în centrul planetei noastre... Deci, până la urmă, nucleul Pământului este fier? Fier, dar nu chiar. Metalul pur sau aliajul de metal pur comprimat în centrul planetei ar fi prea greu pentru Pământ. Prin urmare, trebuie să presupunem că substanța miezului exterior constă din compuși de fier cu elemente mai ușoare - cu oxigen, aluminiu, siliciu sau sulf, care sunt cele mai comune în scoarța terestră. Dar care anume? Acest lucru este necunoscut.

Și astfel, omul de știință rus Oleg Georgievici Sorokhtin a întreprins un nou studiu. Să încercăm să urmăm într-o formă simplificată cursul raționamentului său. Pe baza ultimelor realizări ale științei geologice, omul de știință sovietic ajunge la concluzia că, în prima perioadă de formare, Pământul era cel mai probabil mai mult sau mai puțin omogen. Toată substanța sa a fost distribuită aproximativ egal în volum.

Cu toate acestea, de-a lungul timpului, elementele mai grele, precum fierul, au început să se scufunde, ca să spunem așa, „se scufundă” în manta, mergând din ce în ce mai adânc în centrul planetei. Dacă este așa, atunci, comparând roci tinere și bătrâne, ne putem aștepta la un conținut mai scăzut de elemente grele la cele tinere, același fier, care este larg răspândit în substanța Pământului.

Studiul lavelor antice a confirmat ipoteza de mai sus. Cu toate acestea, nucleul Pământului nu poate fi pur fier. E prea ușor pentru asta.

Care era satelitul de fier în drum spre centru? Omul de știință a încercat multe elemente. Dar unele erau slab solubile în topitură, în timp ce altele erau incompatibile. Și atunci Sorokhtin a avut o idee: nu era cel mai comun element, oxigenul, un tovarăș al fierului?

Adevărat, calculele au arătat că combinația de fier cu oxigen - oxid de fier - pare a fi ușoară pentru nucleu. Dar la urma urmei, în condiții de compresie și încălzire în adâncuri, oxidul de fier trebuie să sufere și schimbări de fază. În condițiile care există în apropierea centrului Pământului, doar doi atomi de fier pot deține un atom de oxigen. Aceasta înseamnă că densitatea oxidului rezultat va deveni mai mare...

Și din nou, calcule, calcule. Dar, pe de altă parte, ce satisfacție este atunci când rezultatul obținut a arătat că densitatea și masa nucleului pământului, construit din oxid de fier, care a suferit modificări de fază, dă exact valoarea necesară model modern sâmburi!

Iată-l - un model modern și, poate, cel mai plauzibil al planetei noastre din întreaga istorie a căutărilor sale. „Miezul exterior al Pământului este format dintr-un oxid din faza univalentă a fierului Fe2O, iar miezul interior este format din fier metalic sau dintr-un aliaj fier-nichel”, scrie Oleg Georgievich Sorokhtin în cartea sa. - Stratul de tranziție F dintre miezul interior și cel exterior poate fi considerat ca fiind format din sulfură de fier - troilită FeS.

Mulți geologi și geofizicieni remarcabili, oceanologi și seismologi, reprezentanți literalmente ai tuturor ramurilor științei care studiază planeta, participă la crearea ipotezei moderne despre separarea nucleului de substanța primară a Pământului. Procesele de dezvoltare tectonă a Pământului, potrivit oamenilor de știință, vor continua în adâncuri destul de mult timp, cel puțin planeta noastră are câteva miliarde de ani înainte. Abia după această perioadă nemărginită, Pământul se va răci și se va transforma într-un corp cosmic mort. Dar ce se va întâmpla până atunci?

Câți ani are umanitatea? Un milion, doi, ei bine, doi și jumătate. Și în această perioadă, oamenii nu numai că s-au ridicat din patru picioare, au îmblânzit focul și au înțeles cum să extragă energie dintr-un atom, ci au trimis un om în spațiu, mașini pe alte planete ale sistemului solar și au stăpânit spațiul apropiat pentru nevoi tehnice.

Explorarea și apoi utilizarea intestinelor profunde ale propriei planete - un program care bate deja la ușa progresului științific.

După ce ai scăpat cheile în fluxul de lavă topită, spune-le la revedere, pentru că, ei, băiete, sunt totul.
- Jack Handy

Privind planeta noastră natală, puteți vedea că 70% din suprafața sa este acoperită cu apă.

Știm cu toții de ce este așa: pentru că oceanele Pământului se ridică deasupra stâncilor și noroiului care formează pământul. Conceptul de flotabilitate, în care obiectele mai puțin dense plutesc deasupra obiectelor mai dense care se scufundă dedesubt, explică mult mai mult decât oceanele.

Același principiu care explică de ce gheața plutește în apă, un balon cu heliu se ridică în atmosferă și rocile se scufundă într-un lac, explică de ce straturile planetei Pământ sunt aranjate așa cum sunt.

Cea mai puțin densă parte a Pământului, atmosfera, plutește deasupra apei oceane care plutesc deasupra scoarței Pământului, care se află deasupra mantalei mai dense care nu se scufundă în partea cea mai densă a Pământului: nucleul.

În mod ideal, cea mai stabilă stare a Pământului ar fi cea care ar fi în mod ideal stratificată, ca o ceapă, cu cele mai dense elemente în centru și, pe măsură ce te deplasezi spre exterior, fiecare strat succesiv ar fi format din elemente mai puțin dense. Și fiecare cutremur mută de fapt planeta către acea stare.

Și aceasta explică nu numai structura Pământului, ci și a tuturor planetelor, dacă vă amintiți de unde provin aceste elemente.

Când universul era tânăr – vechi de doar câteva minute – existau doar hidrogen și heliu. Din ce în ce mai multe elemente grele au fost create în stele și numai atunci când aceste stele au murit, elementele grele au ieșit în Univers, permițând să se formeze noi generații de stele.

Dar de această dată, amestecul tuturor acestor elemente - nu numai hidrogen și heliu, ci și carbon, azot, oxigen, siliciu, magneziu, sulf, fier și altele - formează nu doar o stea, ci și un disc protoplanetar în jurul acestei stele.

Presiunea din interior spre exterior în stea care se formează împinge elementele mai ușoare în afară, iar gravitația face ca neregulile din disc să se prăbușească și să formeze planete.

În cazul sistemului solar, cele patru lumi interioare sunt cele mai dense dintre toate planetele din sistem. Mercurul este alcătuit din cele mai dense elemente care nu puteau reține cantități mari de hidrogen și heliu.

Alte planete, mai masive și mai îndepărtate de Soare (și, prin urmare, primesc mai puțină radiație), au fost capabile să dețină mai multe dintre aceste elemente ultra-ușoare - așa s-au format giganții gazosi.

În toate lumi, ca și pe Pământ, în medie, cele mai dense elemente sunt concentrate în miez, în timp ce plămânii formează în jurul acestuia straturi din ce în ce mai puțin dense.

Nu este surprinzător că fierul, cel mai stabil element și cel mai greu element creat în cantități mari la marginea supernovei, este cel mai abundent element din nucleul Pământului. Dar poate surprinzător, între nucleul solid și mantaua solidă se află un strat lichid de peste 2.000 km grosime: nucleul exterior al Pământului.

Pământul are un strat gros de lichid care conține 30% din masa planetei! Și am aflat despre existența lui printr-o metodă destul de ingenioasă - datorită undelor seismice provenite de la cutremure!

Undele seismice de două tipuri se nasc în cutremur: principalul compresiv, cunoscut sub numele de undă P, care trece de-a lungul traseului longitudinal

Și a doua undă de forfecare, cunoscută sub denumirea de undă S, similară cu valurile de la suprafața mării.

Stațiile seismice din întreaga lume sunt capabile să capteze undele P și S, dar undele S nu călătoresc prin lichid, iar undele P nu doar călătoresc prin lichid, ci sunt refractate!

Ca urmare, se poate înțelege că Pământul are un nucleu exterior lichid, în afara căruia există o manta solidă, iar în interior - un nucleu interior solid! Acesta este motivul pentru care nucleul Pământului conține cele mai grele și mai dense elemente și așa știm că nucleul exterior este un strat lichid.

Dar de ce este lichidul miezului exterior? Ca toate elementele, starea fierului, fie că este solidă, lichidă, gazoasă sau de altă natură, depinde de presiunea și temperatura fierului.

Fierul este un element mai complex decât multele cu care sunteți familiarizați. Desigur, poate avea diferite solide cristaline, așa cum se arată în grafic, dar nu ne interesează presiunile obișnuite. Coborâm spre miezul pământului, unde presiunile sunt de un milion de ori mai mari decât la nivelul mării. Și cum arată diagrama de fază pentru presiuni atât de mari?

Frumusețea științei este că, chiar dacă nu ai imediat un răspuns la o întrebare, sunt șanse ca cineva să fi făcut deja cercetarea potrivită în care să găsească răspunsul! În acest caz, Ahrens, Collins și Chen în 2001 au găsit răspunsul la întrebarea noastră.

Și deși diagrama arată presiuni gigantice de până la 120 GPa, este important de reținut că presiunea atmosferei este de doar 0,0001 GPa, în timp ce în miezul interior presiunile ajung la 330-360 GPa. Linia continuă de sus arată limita dintre fierul de topire (sus) și fierul solid (de jos). Ai observat cum linia continuă de la capăt face o întoarcere bruscă în sus?

Pentru ca fierul să se topească la o presiune de 330 GPa este nevoie de o temperatură enormă, comparabilă cu cea care predomină la suprafața Soarelui. Aceleași temperaturi la presiuni mai mici vor menține cu ușurință fierul în stare lichidă, iar la presiuni mai mari în stare solidă. Ce înseamnă asta în ceea ce privește nucleul Pământului?

Aceasta înseamnă că, pe măsură ce Pământul se răcește, temperatura sa internă scade, în timp ce presiunea rămâne neschimbată. Adică, în timpul formării Pământului, cel mai probabil, întregul nucleu a fost lichid și, pe măsură ce se răcește, nucleul interior crește! Și în acest proces, deoarece fierul solid are o densitate mai mare decât fierul lichid, Pământul se micșorează încet, ceea ce duce la cutremure!

Deci nucleul Pământului este lichid pentru că este suficient de fierbinte pentru a topi fierul, dar numai în regiunile în care presiunea este suficient de scăzută. Pe măsură ce Pământul îmbătrânește și se răcește, din ce în ce mai mult nucleu devine solid și astfel Pământul se micșorează puțin!

Dacă vrem să privim departe în viitor, ne putem aștepta la aceleași proprietăți care sunt observate în Mercur.

Mercurul, datorită dimensiunilor sale mici, s-a răcit deja și s-a contractat semnificativ și are fisuri lungi de sute de kilometri din cauza necesității de contracție din cauza răcirii.

Deci, de ce Pământul are un nucleu lichid? Pentru că încă nu s-a răcit. Și fiecare cutremur este o mică aproximare a Pământului până la starea finală, răcită și solidă. Dar nu-ți face griji, Soarele va exploda cu mult înainte de atunci și toți cei pe care îi cunoști vor fi morți pentru foarte mult timp.